Praca doktorska
Ładowanie...
Wpływ mobilomu na strukturę genomu i właściwości oportunistycznej bakterii Paracoccus yeei
| dc.abstract.pl | Obiektem badań przeprowadzonych w niniejszej rozprawie jest Paracoccus yeei (klasa: Alphaproteobacteria; rodzina: Rhodobacteraceae) – bakteria powodująca oportunistyczne infekcje u ludzi. Jest to ciekawa właściwość, zważywszy na fakt, że bakterie z rodzaju Paracoccus uznawane są powszechnie za organizmy saprofityczne, występujące w środowiskach naturalnych i antropogenicznych. Cechą charakterystyczną genomów Paracoccus spp. jest ich złożona struktura oraz obecność dużej liczby replikonów pozachromosomowych (ECR, ang. extrachromosomal replicons) – w tym chromidów (replikony niezbędne) i plazmidów, często niosących informację genetyczną o charakterze adaptacyjnym. Główna hipoteza badawcza rozprawy zakłada, że plazmidy i inne ruchome elementy genetyczne występujące w genomach P. yeei niosą determinanty genetyczne odpowiadające za właściwości oportunistyczne tej bakterii. Podstawą przeprowadzonych badań było uzyskanie kompletnych sekwencji nukleotydowych genomów ośmiu szczepów P. yeei – izolatów klinicznych i środowiskowych – pochodzących z różnych krajów i różnych siedlisk/przypadków medycznych. W pierwszym etapie badań przeprowadzono szczegółową analizę z zakresu genomiki porównawczej P. yeei, obejmującą m.in. analizę struktury chromosomów oraz charakterystykę 66 ECR tych bakterii. W efekcie: (a) wyróżniono dwa typy struktury chromosomów, (b) zidentyfikowano sekwencje potencjalnie zaangażowane w inicjację i terminację replikacji DNA oraz w segregację kopii chromosomu, (c) pogrupowano ECR na podstawie stopnia zróżnicowania ich systemów replikacyjnych, oraz (d) zdefiniowano dodatkowy ładunek genetyczny tych replikonów. W wyniku dalszych badań wyznaczono geny rdzeniowe (ang. core genes) charakterystyczne dla genomów Paracoccus spp., a analiza ich dystrybucji w genomach P. yeei pozwoliła na identyfikację chromidów. Określono także geny specyficzne dla gatunku P. yeei oraz geny unikatowe dla poszczególnych szczepów (singletony), co pozwoliło na wytypowanie modułów genetycznych potencjalnie zaangażowanych w proces patogenezy oraz określenie ich genomowej lokalizacji (chromosom/komponent mobilomu). Analiza mobilomu P. yeei pozwoliła na identyfikację (metodami in vivo i in silico) także innych niż plazmidy ruchomych elementów genetycznych: (a) licznych elementów transpozycyjnych, w tym sekwencji insercyjnych (IS, ang. insertion sequence), reprezentujących 5 rodzin IS, oraz (b) elementu koniugacyjnego i integrującego z DNA, kodującego dwie formy rekombinazy serynowej, co jest wyjątkowym, nieopisanym wcześniej zjawiskiem. Badania ładunku genetycznego związanego z determinowaniem oportunistycznego fenotypu doprowadziły do identyfikacji i scharakteryzowania zespołu genów chromidowych kodujących ureazę – enzym przeprowadzający rozkład mocznika, który u wielu bakterii jest uznanym czynnikiem patogenezy. Wykazano, że aktywność ureolityczna jest indukowana w obecności mocznika w podłożu, a poprzez analizę mutacyjną dowiedziono, że kluczową rolę w determinowaniu tej aktywności odgrywają geny transporterów niklu, kofaktora ureaz. Zademonstrowano również, że komórki P. yeei wytwarzają pęcherzyki błonowe (OMV, ang. outer membrane vehicles), które transportują ureazę na zewnątrz komórek bakteryjnych. W końcowym etapie prac zbadano interakcje komórek P. yeei z liniami komórek nabłonkowych człowieka, co pozwoliło po raz pierwszy na wykazanie zdolności tych bakterii do adhezji i inwazji komórek eukariotycznych. Przeprowadzając mutagenezę ukierunkowaną dowiedziono, że moduł ureazy jest niezbędny tym bakteriom do adhezji i inwazji komórkowej. Podsumowując, przeprowadzone badania dowiodły, że mobilom w dużym stopniu wpływa na architekturę genomów P. yeei, determinuje również wiele specyficznych właściwości tej bakterii, które mogą odpowiadać za fenotyp oportunistyczny. Niniejsza rozprawa stanowi pierwszą tak obszerną analizę bakterii z tego gatunku. Praca ta przynosi wiele wartościowych obserwacji, które mogą przyczynić się do poznania molekularnych podstaw zakażeń wywoływanych przez te bakterie. Dzięki rozszerzeniu analiz porównawczych o genomy innych gatunków Paracoccus, możliwe było również wyciągnięcie bardziej ogólnych wniosków na temat struktury i ewolucji genomów w skali całego rodzaju taksonomicznego Paracoccus. |
| dc.abstract.pl | The object of this study is Paracoccus yeei (class: Alphaproteobacteria, family: Rhodobacteraceae), a bacterium that is correlated with opportunistic human infection. Interestingly, the genus of Paracoccus is associated with saprophytic bacteria mostly. The common feature of the entire genus of Paracoccus is multipartite genome comprising numerous extrachromosomal replicons (including plasmids and essential chromids) carrying genetic information of adaptive value. Firstly, a detailed comparative genomic analysis of P. yeei genomes was conducted. It was focused especially on the structure of chromosome and 66 identified ECR. In this case: (a) the two types of chromosomes structure were marked out, (b) sequences probably engaged in initiation, termination of DNA replication, and also segregation of chromosomes processes were identified, (c) groups of ECR differ in REP type were obtained, (d) additional genetic load of ECR was described. Detailed comparative analysis with other complete genomic sequences of Paracoccus spp. allowed us to determine the core genes of this genus, and their distribution in genomes (resulting in chromids identification). Moreover, genes specific to the whole P. yeei species and unique to each genome (singletons) were identified becoming the first step into putative virulence determinants typing (including their localization within the genome). In silico and in vivo analysis of the mobilome of P. yeei strains resulted in the identification of varied mobile genetic elements: (a) various transposable elements, including insertion sequences (IS), belonging to 5 IS families, also (b) conjugative and integrative element (ICE), which encode two diverse serine recombinases, what stands as unique underdescribed phenomenon. Studies of genetic load probably related to virulence determination resulted in the identification and characteristics of chromid set genes coding urease - an enzyme involved in urea hydrolysis which features stands crucial for determining pathogenicity in various bacterial species. The activity of urease is induced by the addition of urea in a medium. Besides, mutagenesis within nickel ion transporters confirmed their crucial role in determining ureolytic activity. It was also demonstrated, that P. yeei cells produce outer membrane vehicles (OMV), which stand as extracellular transporters of urease. The last step of this work was focused on the first insight ever into the analysis of the interaction of P. yeei cells with human epithelial cell lines. Results clearly show the ability of P. yeei to adhesion and invasion into human cells. Moreover, mutagenesis within urease module resulted in lose of the ability to adhesion and invasion into eukaryotic cells. It clearly shows the pivotal role of URE module for pathogenicity of this bacteria. |
| dc.affiliation.department | Wydział Biologii |
| dc.contributor.author | Sentkowska, Dorota |
| dc.date.accessioned | 2023-12-28T12:43:53Z |
| dc.date.available | 2023-12-28T12:43:53Z |
| dc.date.defence | 2024-01-08 |
| dc.date.issued | 2023-12-28 |
| dc.description.additional | Link archiwalny https://depotuw.ceon.pl/handle/item/4838 |
| dc.description.promoter | Bartosik, Dariusz |
| dc.description.promoter | Szuplewska, Magdalena |
| dc.identifier.uri | https://repozytorium.uw.edu.pl//handle/item/4838 |
| dc.language.iso | pl |
| dc.rights | ClosedAccess |
| dc.subject.pl | Alphaproteobacteria |
| dc.subject.pl | ureaza |
| dc.subject.pl | oportunistyczny patogen |
| dc.subject.pl | mobilom |
| dc.subject.pl | genom |
| dc.subject.pl | Paracoccus yeei |
| dc.subject.pl | Alphaproteobacteria |
| dc.subject.pl | urease |
| dc.subject.pl | opportunistic pathogen |
| dc.subject.pl | mobilome |
| dc.subject.pl | genome |
| dc.subject.pl | Paracoccus yeei |
| dc.title | Wpływ mobilomu na strukturę genomu i właściwości oportunistycznej bakterii Paracoccus yeei |
| dc.title.alternative | The impact of mobilome on genome structure and properties of the opportunistic bacterium Paracoccus yeei |
| dc.type | DoctoralThesis |
| dspace.entity.type | Publication |